薛學營，王國立，王克勇

（煙臺荏原空調設備有限公司）

數(shù)據(jù)中心地板送風系統(tǒng)氣流組織研究

薛學營，王國立，王克勇

（煙臺荏原空調設備有限公司）

隨著國家信息化水平的不斷提高、數(shù)據(jù)業(yè)務快速發(fā)展，數(shù)據(jù)中心機房的建設規(guī)模不斷擴大。目前，絕大多數(shù)新建的數(shù)據(jù)中心機房采用地板下送風的氣流組織形式；但由于建筑本身的特點，地板送風系統(tǒng)還存在一些問題。論文提出一種新型空調末端形式，以改善機房的氣流組織。

數(shù)據(jù)中心；氣流組織；背板空調

1 引言

隨著國家信息化水平的不斷提高、數(shù)據(jù)業(yè)務快速發(fā)展，數(shù)據(jù)中心機房的建設規(guī)模不斷擴大。目前，絕大多數(shù)新建的數(shù)據(jù)中心機房采用地板下送風的氣流組織形式。

地板送風系統(tǒng)是全空氣空調系統(tǒng)的一種形式。系統(tǒng)通過架空地板下的夾層空間作為靜壓箱來實現(xiàn)空調送風，處理過的空氣經安裝在地板上的開孔地板送入服務器機架。

地板送風系統(tǒng)是20世紀50年代隨著大型計算機的使用而誕生的。使用地板送風系統(tǒng)的主要目的就是快速散熱、提高維護人員的舒適性，使機房維持一個相對恒溫、恒濕環(huán)境。

地板送風將低溫空氣直接從底部送到通信設備內，吸收通信設備的熱量后，從機房頂部回到空調機組的頂部。空調風流動方向與空氣特性相一致，空調效果好。因為地板送風系統(tǒng)具有送風均勻、降低噪聲、美觀等優(yōu)點，在數(shù)據(jù)中心機房里普遍采用。但實際工程中，由于建筑自身存在柱子、墻等構筑物，使得架空地板無法形成靜壓箱，經常會在機房內形成一些局部的熱點。

下文通過一個典型數(shù)據(jù)中心機房的氣流組織模擬，來分析存在的問題。

2 機房介紹

該機房為某互聯(lián)網公司的數(shù)據(jù)中心機房，其平面結構如圖1所示。機房面積440m2，機架數(shù)量143個；單機架的功耗4.4kW，配置恒溫、恒濕空調機組9臺（其中2臺備份）；空調機組的顯冷量107.9kW；風量25000m3/h；機架采用“背對背、面對面”擺放，冷通道封閉。冷、熱通道的間距均為1200mm。

該數(shù)據(jù)中心機房氣流組織形式為：地板下送風，側回風，地板高度700mm。數(shù)據(jù)機房剖面如圖2所示。

3 機房的氣流組織模擬與分析

本文通過CFD建立三維的數(shù)據(jù)中心機房模型，對機房的熱特性進行分析。通過地板下送風流線圖（見圖3）、地板送風口的風量分布圖（見圖4）和機房的溫度云圖（見圖5）來分析地板送風系統(tǒng)效果。

圖2 某數(shù)據(jù)中心D區(qū)機房的剖面圖

圖3 數(shù)據(jù)中心機房地板下空氣流線圖

從圖3可以看到，由于機房平面的限制，空調機組無法均勻布置；另一方面由于柱子等對氣流的影響，使地板下的氣流形成了很多渦旋，導致送風不均勻。

從圖4可以看到，地板送風口靠近空調機組一側的送風量較??；遠離空調機組的一側送風量較大。這是因為空調機組的出風口風速較大（5.8m/s），因而靠近空調機組的地板送風口處的動壓比較大、靜壓比較小，導致送風量??；遠離空調機組的地板送風口處靜壓比較大、動壓比較小，導致送風量大。

圖4 數(shù)據(jù)中心機房地板送風口的風量分布圖

從圖5可以看到，由于G、H和I三列機架的冷通道的送風量比較小，導致了上述3列機架的回風熱通道出現(xiàn)了局部熱點問題。

通過CFD的模擬分析，發(fā)現(xiàn)由于空調機組布置不均勻、送風口風速過快以及柱網對氣流的影響，導致架空地板無法形成靜壓箱，地板送風口送風不均勻，甚至形成局部熱點，影響IT設備的正常工作。上述問題在目前數(shù)據(jù)中心機房中普遍存在。

背板空調的出現(xiàn)，很好地解決了高密度和局部過熱的問題[1～2]。

4 解決辦法

背板空調由安裝在機架背面的冷卻盤管、提供冷源的制冷機組和冷卻水系統(tǒng)組成。根據(jù)使用的載冷劑不同，可以分為水冷背板與熱管背板（氟利昂為載冷劑）[3]。

圖6所示為背板空調工作原理圖：機房內23℃的冷空氣進入機架內，被服務器加熱升溫至31～33℃，高溫的空氣經過背板空調后降溫至23℃。

圖5 某數(shù)據(jù)中心D區(qū)機房溫度云圖

圖6 背板空調工作原理圖

圖7 使用背板空調的送風流線圖

因為背板空調直接安裝在每個機架的背面，一對一地冷卻服務器機架，因而能夠形成更好的氣流組織，避免局部過熱，如圖7所示。

5 結束語

與傳統(tǒng)的恒溫、恒濕空調機組相比，背板空調貼近熱源，能夠形成更好的氣流組織，具有更節(jié)能、可避免局部熱點等優(yōu)點，越來越受到數(shù)據(jù)中心建設方和使用方的歡迎。

【1】田浩，李震，劉曉華，江億.信息機房熱管空調系統(tǒng)應用研究[J].建筑科學，2010，（10）：141-145.

【2】ASHRAE Technical Committee（TC）9.9.Thermalguidelines for data processing environments.TC 9.9 mission critical facilities[R].Atlanta，Geor：American Society of heating,Refrigerating，and Air Conditioning Enginering.2004.

【3】王克勇，潘俊，卜東潔，劉海.背板空調在數(shù)據(jù)中心機房中的應用分析［J］．建筑節(jié)能，2015，（4）：34-36.

Research on Air Flow Organization of Data Center Floor Air Supply System

XUE Xue-ying，WANG Guo-li，WANG Ke-yong
（Yantai Ebara Air Conditioning Equipment Co.,Ltd.）

With the continuous improvement of the level of information technology, the rapid development of data services, the construction of data center room scale continues to expand. At present, most of the new data center computer room uses the air flow organization form under the floor, but because of the characteristics of the building itself, there are still some problems in the air supply system. In this paper, a new type of air conditioner is presented in order to improve the air flow in the engine room.

data center; air distribution; air conditioning

10.13655/j.cnki.ibci.2015.07.022